等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，包括带有进气口和出气口的反应腔，还包括：催化剂层，布置在所述反应腔内并将反应腔分隔成分别具有进气口和出气口的两部分；放电电极组件，放电电极布置在所述反应腔具有进气口的部分内，另一电极布置在所述反应腔具有出气口的部分内，加载高压高频脉冲电源后使得从进气口进入反应腔内的气体被电离、激发产生等离子体；紫外光灯管，布置在所述反应腔具有出气口的部分内；本本发明专利技术还公开了等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的方法；本发明专利技术的装置和方法提高VOCs降解选择性，同时不产生二次污染的副产物，具有去除效率高、适用性强、废气处理成本低等优点。

Device and method for degrading waste gas by plasma and ultraviolet light synergistic catalyst

The invention discloses a device for degrading waste gas by plasma and ultraviolet light synergistic catalyst, including a reaction chamber with an inlet and an outlet, and a catalyst layer arranged in the reaction chamber and divided into two parts with an inlet and an outlet respectively, a discharge electrode assembly and a discharge electrode distribution. Another electrode is arranged in the part of the reaction chamber with an air inlet and an air outlet. After loading a high-voltage high-frequency pulse power supply, the gas entering the reaction chamber from the air inlet is ionized and excited to produce plasma. The ultraviolet lamp tube is arranged in the part of the reaction chamber with an air outlet. The invention also discloses a method for degrading waste gas by plasma and ultraviolet light synergistic catalyst; the device and method of the invention improve the selectivity of VOCs degradation without producing secondary pollution by-products, and have the advantages of high removal efficiency, strong applicability and low waste gas treatment cost.

【技术实现步骤摘要】
等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置和方法
本专利技术涉及的是喷涂或印刷行业中VOCs废气处理
，特别涉及等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置和方法。
技术介绍
VOCs(volatileorganiccompounds)指挥发性有机化合物主要包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、脂类、胺类和有机酸等。1989年，世界卫生组织(WHO)对总挥发性有机化合物(VOCs)的定义是熔点低于室温，沸点范围在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称。VOCs在室外太阳光和热的作用下能参与氧化氮反应并形成臭氧，臭氧导致空气质量变差并且是夏季烟雾主要组分。VOCs对人体的影响可分为三种类型：一是气味和感官，包括感官刺激，感觉干燥；二是粘膜刺激和其它系统毒性导致的病态，刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮肤等，VOCs很容易通过血液-大脑的障碍，从而导致中枢神经系统受到抑制，使人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感觉；三是基因毒性和致癌性。目前的VOCs处理方法包括非破坏性，破坏性方法，以及这两种方法的组合。非破坏性的方法，主要是吸收，吸附，膜分离技术，冷凝，一般通过物理的方法，在温度，压力或选择性吸附和选择性渗透膜法浓缩和分离挥发性有机化合物；破坏性的方法为热氧化，直接燃烧，催化燃烧，等离子体法，生物氧化法，光催化氧化法，及其集成技术，主要是通过化学或生化反应，光，热，微生物和催化剂将挥发性有机物转化成CO2和H2O以及其他无毒的无机小分子化合物。传统的挥发性废气处理常用吸附、吸收法去除，燃烧去除等，在最近几年中，低温等离子体，半导体光催化剂的技术得到了迅速发展。吸附法是利用吸附剂对有机废气的选择性而进行分离。最常用的吸附剂有活性炭，分子筛。硅藻土等。工艺简单，易于操控，缺点是饱和后容易脱附，容易被环境状况干涉。吸收法是用溶液、溶剂或清水吸收工业废气中的挥发性气体，使其与废气分离。吸收法工艺比较简单，设备投资较低，操作和维修费用基本与碳吸附法相当，由于吸收介质是采用煤油和吸收液，因此没有二次污染问题。缺点是此工艺方法回收效率低，对于环保要求较高时，很难达到允许的油气排放标准；设备占地空间大；能耗高；吸收剂消耗较大，需不断补充。冷凝法是最简单的回收技术，将废气冷却使其温度低于有机物的露点温度，使有机物冷凝变成液滴，从废气中分离出来，直接回收。但这种情况下，离开冷凝器的排放气中仍含有相当高浓度的VOCs，难以满足环境排放标准。膜分离系统是一种高效的新型分离技术，其流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染。缺点是投资大；膜国产率低，价格昂贵，而且膜寿命短；膜分离装置要求稳流、稳压气体，操作要求高。生物法处理水溶性VOCs的净化效果好，反应条件温和，能耗小，无二次污染，投资和运行费用低等优点。缺点是对高浓度、生物降解性差及难生物降解的VOCs去除率低。燃烧法分直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法适合处理高浓度VOCs的废气。缺点是其运行温度通常在800-1200℃时，工艺能耗成本较高，且燃烧尾气中容易出现二恶英、NOx等副产物。低温等离子体法操作条件温和(常温、常压)，处理VOCs种类多(除卤代烃外)，对低浓度VOCs(＜100mg/m3)处理效率大于90％。但是单一的低温等离子体法产生较多的二次污染物(如NOx、脂肪烃、HCN、CH3CN和O3等)，而且能源效率和矿化率低。低温等离子体协同催化剂方法能量效率更高，O3浓度大大降低，CO2选择性更高，副产物种类更少和浓度更低，因而受到更大关注。光催化氧化法具有反应条件温和(常温、常压)，无选择性地氧化VOCs，可同时降解多种小分子VOCs，投资和运行成本低，设备和操作简单等优点，特别适于处理低浓度VOCs(<100mg/m3)和NOx和O3。根据所使用的光源主波长，可分为紫外光催化氧化法和可见光催化氧化法。缺点是对高浓度VOCs处理效率一般。目前针对喷涂或印刷行业中VOCs风量大、浓度较高等特点，采用传统的单一处理方法，均难得到理想的处理效果。
技术实现思路
本专利技术提供了一种等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，将多种降解方法有机地协同起来，充分发挥等离子体强氧化性、光催化的强氧化性与催化剂的高效催化性和选择性以及光电协同催化氧化的特点，提高VOCs降解选择性，具有去除效率高、适用性强、废气处理成本低等优点。一种等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，包括带有进气口和出气口的反应腔，还包括：催化剂层，布置在所述反应腔内并将反应腔分隔成分别具有进气口和出气口的两部分；放电电极组件，放电电极布置在所述反应腔具有进气口的部分内，另一电极布置在所述反应腔具有出气口的部分内，加载高压高频脉冲电源后使得从进气口进入反应腔内的气体被电离、激发产生等离子体；紫外光灯管，布置在所述反应腔具有出气口的部分内。紫外光灯管带有控制器。所述催化剂层用于提高等离子体和紫外光降解VOCs废气的效果，采用新型高效脉冲等离子体与紫外光协同电光双催化剂处理VOCs废气，首先利用低温等离子体与催化剂分解大部分VOCs，再利用紫外光与催化剂来降解剩余VOCs及等离子体降解产生中间产物与二次污染物，以提高降解率、CO2选择效率和能量效率、基本杜绝二次污染，是一种很有应用前景的新型处理方法。催化剂可以是光敏催化剂也可以是电敏催化剂，还可以是两者的组合，优选的，所述催化剂层为双层结构，朝向进气口一侧的为电敏催化剂层，朝向出气口一侧的为光敏催化剂层。电敏催化剂层布置在放电电极组件的激发场中，使低温等离子体更好地降解VOCs废气。上述结构将放电等离子体、电敏催化剂、光敏催化剂以及紫外光(UV)各自降解的优势有机结合起来，充分发挥脉冲等离子体催化氧化协同和光催化氧化的协同效应，具有反应器结构新颖，能量效率高与降解效果好、几乎无污染等特点。为了提高催化效果，优选的，所述光敏催化剂采用BiOBr和TiO2中的至少一种为活性组分、SiO2微珠为载体的催化剂。为了提高催化效果，优选的，所述电敏催化剂采用Cu-Mn-Ce系列催化剂。为了提高降解效果，优选的，所述反应腔为圆柱形反应筒体，所述进气口切向开设在所述圆柱形反应筒体的侧壁上；所述出气口设置在所述圆柱形反应筒体的一侧端盖的中部。将所述进气口切向设置，切向进入的气体中的小颗粒会在惯性力作用下沉降。具体的，圆柱形反应筒体的内径约450～900mm，长度由实际处理气体流量，按照断面平均风速1～1.5m/s，气体停留时间5s来确定。优选的，所述放电电极采用表面带尖刺的圆柱筒型放电极，安装在所述圆柱形反应筒体中。所述放电电极连接高压脉冲电源的负极。圆柱筒型放电极直径比圆柱形反应筒体内径小5～10mm，内侧表面径向、轴向均间隔10～30mm排列设置芒刺型尖钉，尖钉长度为2～5mm。优选的，所述紫外光灯管布置在所述圆柱筒型放电极的中心轴线上。紫外光灯管的UV的强度与波长均可调节。优选的，所述催化剂层安装在双层催化腔中，所述双层催化腔为三层网状滤筒套装而成，最内层的网状滤筒为放电电极组件的另一电极。所述最内层滤网为脉冲电源的正极。光催化层与电催化层厚度均为20～40mm，最内层网直径约为50～70mm。网状滤筒采用直径0.3～0.8mm的不锈钢丝编织而成，网孔尺寸为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，包括带有进气口和出气口的反应腔，其特征在于，还包括：催化剂层，布置在所述反应腔内并将反应腔分隔成分别具有进气口和出气口的两部分；放电电极组件，放电电极布置在所述反应腔具有进气口的部分内，另一电极布置在所述反应腔具有出气口的部分内，加载高压高频脉冲电源后使得从进气口进入反应腔内的气体被电离、激发产生等离子体；紫外光灯管，布置在所述反应腔具有出气口的部分内。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，包括带有进气口和出气口的反应腔，其特征在于，还包括：催化剂层，布置在所述反应腔内并将反应腔分隔成分别具有进气口和出气口的两部分；放电电极组件，放电电极布置在所述反应腔具有进气口的部分内，另一电极布置在所述反应腔具有出气口的部分内，加载高压高频脉冲电源后使得从进气口进入反应腔内的气体被电离、激发产生等离子体；紫外光灯管，布置在所述反应腔具有出气口的部分内。2.如权利要求1所述的等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，其特征在于，所述催化剂层为双层结构，朝向进气口一侧的为电敏催化剂层，朝向出气口一侧的为光敏催化剂层。3.如权利要求2所述的等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，其特征在于，所述光敏催化剂采用BiOBr和TiO2中的至少一种为活性组分、SiO2微珠为载体的催化剂。4.如权利要求2所述的等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，其特征在于，所述电敏催化剂采用Cu-Mn-Ce系列催化剂。5.如权利要求1所述的等离子体和紫外光协同催化剂降解废气的装置，其特征在于，所述反应腔为圆柱形反应筒体，所述进气口切向开设在所述圆柱形反应筒体的侧壁上；所述出气口设置在所述圆柱形反应筒体的一侧端盖的中部。6.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李济吾，王军伟，赵梦戈，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33